Бозон Хиггса простыми словами: как устроен, когда обнаружен и зачем нужен

Что такое бозон Хиггса, и почему его так искали?

Иван Иван 10 Апрель 2017 11 098 2
Содержание
Содержание

    Бозон Хиггса

    Все помнят шумиху вокруг открытия бозона Хиггса, произошедшего в 2012 году. Все помнят, но многие так до сих пор в полной мере и не понимают, что это был за праздник? Мы решили разобраться, просветиться, и заодно рассказать о том, что такое бозон Хиггса простыми словами!

    Стандартная модель и бозон Хиггса

    Начнем с самого начала. Частицы делятся на бозоны и фермионы. Бозоны – это частицы с целым спином. Фермионы - с полуцелым.

    Бозон Хиггса – это такая элементарная частица, которая была предсказана теоретически еще в 1964 году. Элементарный бозон, возникающий вследствие механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии.

    Понятно? Не очень. Чтобы стало понятнее, нужно рассказать про Стандартную модель.

    Питер Хиггс, предсказавший существование бозона Хиггса.
    Питер Хиггс, предсказавший существование бозона Хиггса.

    Стандартная модель – одна из основных современных моделей описания мира. Она описывает взаимодействие элементарных частиц. Как мы знаем, в мире есть 4 фундаментальных взаимодействия: гравитационное, сильное, слабое и электромагнитное. Гравитационное мы сразу не рассматриваем, т.к. оно имеет иную природу и не входит в модель. А вот сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия описываются в рамках стандартной модели. Причем, согласно этой теории вещество состоит из 12 фундаментальных элементарных частиц-фермионов. Бозоны же являются переносчиками взаимодействий. Оформить дипломную работу на заказ вы можете прямо у нас на сайте.

    Стандартная модель. Частицы.
    Стандартная модель. Частицы.

    Так вот, из всех частиц, предсказанных в рамках стандартной модели, не обнаруженным экспериментально оставался бозон Хиггса. Согласно Стандартной модели этот бозон, являясь квантом поля Хиггса, отвечает за то, что у элементарных частиц есть масса. Представим, что частицы – это бильярдные шары, помещенные на сукно стола. В данном случае сукно – это и есть поле Хиггса, обеспечивающее массу частиц.

    Как искали бозон Хиггса?

    На вопрос, когда открыли бозон Хиггса, нельзя ответить точно. Ведь теоретически его предсказали в 1964 году, а подтвердили существование экспериментально только в 2012. И все это время неуловимый бозон искали! Искали долго и упорно. До БАК в ЦЕРНе работал другой ускоритель, электрон-позитронный коллайдер. Также был Теватрон в Иллинойсе, но и его мощностей не хватило для выполнения задачи, хотя эксперименты, конечно же, дали определенные результаты.

    Дело в том, что бозон Хиггса – частица тяжелая, и обнаружить его очень непросто. Суть эксперимента проста, сложна реализация и интерпретация результатов. Берутся два протона на околосветовой скорости и сталкиваются лоб в лоб. Протоны, состоящие из кварков и антикварков, от такого мощного столкновения разваливаются и появляется множество вторичных частиц. Именно среди них и искали бозон Хиггса.

    Поиски бозона Хиггса
    Поиски бозона Хиггса

    Проблема еще и в том, что подтвердить существование этого бозона можно лишь косвенно. Период, в который существует бозон Хиггса, крайне мал, как и расстояние между точками исчезновения и возникновения. Измерить такие время и расстояние напрямую невозможно. Зато Хиггс не исчезает бесследно, и его можно вычислить по «продуктам распада».

    Хотя такой поиск очень похож на поиск иголки в стоге сена. И даже не в одном, а в целом поле стогов. Дело в том, что бозон Хиггса распадается с разной вероятностью на разные "наборы" частиц. Это может быть пара кварк-антикварк, W-бозоны или самые массивные лептоны, тау-частицы. В одних случаях эти распады крайне трудно отличить от распадов других частиц, а не именно Хиггса. В других – невозможно достоверно зафиксировать детекторами. Несмотря на то что детекторы БАК – самые точные и мощные измерительные приборы, созданные людьми, они могут измерить не все.  Лучше всего фиксируется детекторами превращение Хиггса в четыре лептона. Однако вероятность этого события очень мала - всего 0,013%.

    Детектор ATLAS
    Детектор ATLAS

    Тем не менее, за полгода экспериментов, когда за одну секунду в коллайдере происходят сотни миллионов столкновений протонов, было выявлено целых 5 таких  четырехлептонных случаев. Причем зафиксированы они были на двух разных детекторах-гигантах: ATLAS и CMS. Согласно независимому расчету с данными одного и другого детектора, масса частицы составляла примерно 125ГэВ, что соответствует теоретическому предсказанию для бозона Хиггса.

    Для полного и точного подтверждения того, что обнаруженная частица была именно именно бозоном Хиггса, пришлось провести еще очень много опытов. И несмотря на то, что сейчас бозон Хиггса обнаружен, эксперименты в ряде случаев расходятся с теорией, так что Стандартная модель, как считают многие ученые, скорее всего является частью более совершенной теории, которую еще предстоит открыть.

    Детекторы БАК
    Детекторы БАК

    Открытие бозона Хиггса, определенно, одно из главных открытий 21 века. Его открытие - огромный шаг в понимании устройства мира. Если бы не он,  все частицы были  бы безмассовыми, как фотоны, не существовало бы ничего, из чего состоит наша материальная Вселенная. Бозон Хиггса - шаг к пониманию того, как устроена вселенная. Бозон Хиггса даже назвали частицей бога или проклятой частицей. Впрочем, сами ученые предпочитают называть его бозоном бутылки шампанского. Ведь такое событие, как открытие бозона Хиггса, можно отмечать годами.

    Друзья, сегодня мы взрывали мозг бозоном Хиггса. А если Вы уже устали взрывать свой мозг бесконечными рутинными или непосильными заданиями по учебе, обратитесь за помощью к авторам нашей компании. Как всегда мы поможем Вам быстро и качественно решить любой вопрос.

    Оцените материал
    11 098 2
    Комментарии (2)
    Булат
    Ваш комментарий ожидает проверки. Никто не объясняет: почему следует считать, что элементарная частица бозон Хиггса с энергией большей 100 ГэВ, вдобавок , кратко временно существующая, является прародителем элементарных масс, коими явно обладают протоны электроны и все виды фотонов? Без такого объяснения на пальцах признание бозона Хиггса прародителем элементарных масс приходится рассматривать, как ???
    Иван
    Дело в том, что невозможно объяснить предсказание бозона Хиггса в рамках Стандартной модели "на пальцах". Здесь нужно основательно разобраться со структурой Стандартной модели, в частности, с теорией калибровочных полей. Мы честно покопались в интернете и нашли ссылку на <a href="https://arxiv.org/abs/1410.6753" target="_blank" rel="nofollow">статью</a> известного физика Хуана Малдасены. В ней как раз делается попытка объяснения, почему именно бозон Хиггса сообщает массу другим частицам.
    Оставить комментарий
    {$ errors.username[0] $}
    Вы уже наш клиент? Авторизуйтесь.
    {$ errors.email[0] $}
    Пользователь с таким email уже существует! Авторизуйтесь.
    {$ errors.content[0] $}
    Оставляя комментарий, я соглашаюсь на обработку своих персональных данных в соответствии с политикой конфиденциальности